Fonaments de Biologia Cel·lular i Diversitat dels Éssers Vius

Teoria Cel·lular: Principis i Descobridors Clau

• Schwann i Matthias Schleiden (1838–1839)
• Rudolf Virchow i Robert Remak (1855)
• Sutton i Boveri (1902)

La Mida de les Cèl·lules i Unitats de Mesura

Les dimensions cel·lulars es mesuren principalment en:

• Micròmetre (µm): 1 mm = 1.000 µm.
• Nanòmetre (nm): Unitat més petita. 1 µm = 1.000 nm.
• Àngstrom (Å): Per a la distància entre molècules. 1 nm = 10 Å.

Exemples: bacteris (0,5 µm de longitud), cèl·lules humanes (5-20 µm), eritròcits (7 µm de diàmetre).

Relació entre la Mida, la Forma i la Supervivència Cel·lular

• Quan una cèl·lula augmenta de mida, el volum augmenta molt més que la superfície.
• Les cèl·lules esfèriques tenen més dificultat per sobreviure, ja que la captació de nutrients depèn de la superfície. Si la superfície és insuficient, els orgànuls no són capaços de captar els nutrients i la cèl·lula mor. Per aquest motiu, poques cèl·lules són esfèriques; la majoria són aplanades, prismàtiques o irregulars.
• Que el volum de la cèl·lula augmenti no implica un augment del volum del nucli.
• Quan la relació nucleoplasmàtica és més gran, la cèl·lula és jove. Quan la relació nucleoplasmàtica és més petita, la cèl·lula és més madura (més a prop de dividir-se o morir).

Comparació General: Cèl·lules Animals i Vegetals

Cèl·lules Animals

• Delimitació: Matriu extracel·lular (membrana de mucopolisacàrids secretada per la membrana plasmàtica, actuant com a capa protectora).
• Orgànuls: Vacúols petits, nucli al centre i diplosoma format per dos centríols junts.
• Reserva d’energia: El polisacàrid de reserva és el glicogen.

Cèl·lules Vegetals

• Delimitació: Paret cel·lular formada per cel·lulosa, la qual aporta forma i rigidesa a l’organisme.
• Orgànuls: Vacúol central gran i plasts:
  • Amiloplasts: Emmagatzemen midó (polisacàrid de reserva d’energia).
  • Cloroplasts: Fan la fotosíntesi i aporten clorofil·la (pigment verd).

Membrana Plasmàtica: Ultraestructura i Funcions Clau

La membrana plasmàtica està composta per un 52% de proteïnes, un 40% de lípids i un 8% de glúcids.

Les seves funcions principals són:

• Separar el medi aquós exterior de l'interior cel·lular.
• Realitzar els processos d’endocitosi i exocitosi.

Les Proteïnes de la Membrana

• Proteïnes integrals o intrínseques: Estan totalment o parcialment dins de la bicapa lipídica.
• Proteïnes perifèriques o extrínseques: Estan adossades a la superfície de la bicapa.

Els Lípids de la Bicapa

Els lípids de la bicapa són fosfolípids, glicolípids i colesterol.

Els fosfolípids i glicolípids aporten fluïdesa a la membrana i li permeten adaptar-se als espais canviants de l’exterior de la cèl·lula.

El colesterol només es troba a les cèl·lules animals i redueix la fluïdesa excessiva, proporcionant estabilitat a la bicapa.

Els Glúcids i el Glicocàlix

El Glicocàlix és el conjunt d’oligosacàrids units a glicolípids i glicoproteïnes, present només a les cèl·lules animals.

Receptors de Membrana i Reconeixement Cel·lular

El reconeixement cel·lular és un procés clau en el qual les cèl·lules identifiquen elements propis i estranys mitjançant receptors de membrana.

Transport Cel·lular: Actiu i Passiu (Comparativa)

Difusió Simple (Transport Passiu)

• Es realitza a través de la bicapa lipídica.
• Exemple: Osmosi.

Difusió Facilitada (Transport Passiu)

• Mitjançant proteïnes de canal.
• Mitjançant proteïnes transportadores.

Paret Cel·lular Vegetal: Estructura, Composició i Funció

És una estructura gruixuda i rígida que embolcalla les cèl·lules vegetals. Està formada principalment per cel·lulosa, secretada per la cèl·lula. Es forma en capes successives: làmina mitjana, paret primària i paret secundària.

Composició Estructural

La seva estructura està composta per:

• Una xarxa de fibres de cel·lulosa.
• Una matriu amb aigua, sals minerals, hemicel·lulosa i pectina (que reté aigua).

Funcions de la Paret Cel·lular

La seva funció principal és proporcionar forma i rigidesa a la cèl·lula vegetal. Altres funcions inclouen:

• Importància estructural.
• Protecció osmòtica.
• Intercanvi de substàncies.

Ribosomes: Estructura i el Procés de Síntesi de Proteïnes

Els ribosomes són estructures cel·lulars sense membrana, formades per proteïnes i ARN ribosòmic (ARNr). Cada ribosoma es compon de dues parts: la subunitat petita i la subunitat grossa.

Funció: La Síntesi de Proteïnes (Traducció)

1. L'ARN missatger s'uneix primer a la subunitat petita del ribosoma i després a la gran, realitzant la traducció del missatge i iniciant la formació d'una proteïna.
2. Acabada la síntesi, les subunitats se separen. Les molècules d'ARNm són llegides per una sèrie de 5 a 40 ribosomes, distanciats entre si a uns 100 Å. Aquestes agrupacions s'anomenen poliribosomes o polisomes.

Reticle Endoplasmàtic (RE): Tipus i Funcions

El RE és un sistema membranós compost per una xarxa de sàculs aplanats (cisternes), sàculs globosos (vesícules) i túbuls sinuosos. Tenen un espai intern anomenat lumen o llum. Distingim dos tipus:

Reticle Endoplasmàtic Llis (REL)

Característica: No té ribosomes.

Funcions:

• Intervé en la síntesi, l’emmagatzematge i el transport de gairebé tots els lípids.
• Participació en la contracció dels músculs estriats.
• Detoxificació de les cèl·lules.

Reticle Endoplasmàtic Rugós (RER)

Característica: Presenta ribosomes a la cara externa o citoplasmàtica.

Funcions:

• Sintetitzar les proteïnes i els fosfolípids que formen la membrana.
• Sintetitzar proteïnes de secreció.

Aparell de Golgi (AG): Estructura, Cares i Funció

L'Aparell de Golgi està format per 1 o 2 dictiosomes, que són agrupacions paral·leles d'entre 4 i 8 sàculs discoïdals anomenats cisternes. També conté vesícules de secreció.

Estructura i Orientació

Presenta dues cares:

• Cara Cis: Orientada cap al Reticle Endoplasmàtic Rugós (RER).
• Cara Trans: Orientada cap a la membrana citoplasmàtica.

Funcions de l'Aparell de Golgi

L’AG actua com a organitzador de la circulació molecular, encarregant-se de la distribució i modificació de molècules dins de la cèl·lula. Les seves funcions inclouen:

• Modificació de proteïnes procedents del RE.
• Glicosilació de lípids i proteïnes.
• Síntesi de polisacàrids.

Lisosomes: Enzims Digestius i Tipus

Els lisosomes són vesícules procedents de l’Aparell de Golgi que contenen enzims digestius. La seva membrana plasmàtica té les proteïnes de la cara interna molt glicosilades. Aporten els enzims necessaris per a la digestió de la matèria orgànica cel·lular.

Tipus de Lisosomes

• Lisosomes primaris: No contenen enzims digestius actius al seu interior.
• Lisosomes secundaris: S’han unit a un vacúol amb matèria orgànica. Poden ser de dues classes:
  • Vacúols heterofàgics: El substrat procedeix de l’exterior de la cèl·lula i ha entrat per endocitosi.
  • Vacúols autofàgics: El substrat procedeix de l’interior de la cèl·lula.

El Vacúol: Estructura i Funcions en Cèl·lules Eucariotes

Els vacúols són orgànuls constituïts per una membrana unitària amb un interior que conté fonamentalment aigua amb substàncies dissoltes. En els eucariotes, es formen per la fusió de vesícules procedents de l’endocitosi.

Diferències entre Cèl·lules

• Cèl·lules animals: Apareixen en poques cèl·lules i s’anomenen vesícules.
• Cèl·lules vegetals: Són molt abundants i de grandària considerable, sovint ocupant la major part del volum cel·lular.

Funcions dels Vacúols

En Cèl·lules Vegetals:

• Acumular una gran quantitat d’aigua.
• Acumular productes de rebuig, sovint tòxics.
• Donar consistència a les plantes (turgència).

En Cèl·lules Animals:

• Transportar substàncies entre orgànuls.
• Transportar substàncies cap a l’exterior mitjançant exocitosi.
• Aïllar productes de rebuig o substàncies tòxiques.

Mitocondris: Respiració Cel·lular i Producció d'ATP

Els mitocondris són orgànuls de les cèl·lules eucariotes que s’encarreguen d'obtenir energia mitjançant la respiració cel·lular. Permeten emmagatzemar l'energia en enllaços químics d'ATP.

Estructura

Tenen forma variable i mesuren entre 1 i 4 µm de longitud i entre 0,3 i 0,8 µm d'amplada. Presenten dues membranes:

• Membrana externa.
• Membrana interna.

Cloroplasts: Fotosíntesi i Estructura en Cèl·lules Vegetals

Els cloroplasts són orgànuls del citoplasma de les cèl·lules vegetals que produeixen energia mitjançant la fotosíntesi. La seva estructura està formada per una doble membrana. A l'interior hi ha una cambra que conté l’estroma, el qual conté un fragment d'ADN plastidial.

Funcions

• Fotosíntesi: Procés pel qual plantes, algues i alguns bacteris utilitzen l'energia de la llum per produir el seu propi aliment.
• Biosíntesi de proteïnes: Procés en el qual les cèl·lules fabriquen proteïnes a partir d'aminoàcids.

El Nucli i la Cromatina: Estructura i Classificació

El nucli és una estructura constituïda per una membrana doble, anomenada embolcall nuclear, que envolta el material genètic (ADN) de la cèl·lula, separant-lo del citoplasma.

La cromatina és la substància fonamental del nucli cel·lular, formada per filaments d'ADN en diferents graus de condensació. Hi ha tants filaments com cromosomes presenta la cèl·lula durant la divisió del nucli.

Classificació de la Cromatina

• Heterocromatina: No es descondensa durant la interfase.
  • Constitutiva: Es manté condensada en totes les cèl·lules.
  • Facultativa: Està condensada en algunes cèl·lules, però no en altres.
• Eucromatina: Es descondensa durant la interfase (és la part activa).

Funcions de la Cromatina

• Contenir la informació biològica de l’organisme (estructura i funcionament).
• Proporcionar la informació genètica necessària per a la síntesi dels diferents ARN.

Biodiversitat Global: Estimacions i Distribució d'Espècies

La biodiversitat a la Terra, comptant tant organismes eucariotes com procariotes, s’estima que podria oscil·lar entre 7,5 i 10 milions d'espècies.

S’han registrat 1,5 milions d'espècies eucariotes, de les quals més d’1,2 milions són terrestres i aproximadament 194.000 són marines.

Distribució d'Espècies Eucariotes Registrades

• Vertebrats (6%): El grup més gran són els peixos (més de 30.000 espècies). Els mamífers compten amb aproximadament 5.000 espècies.
• Invertebrats (94%): Els insectes són el grup més divers, amb prop d'1.000.000 d'espècies. Dins d'aquests, els coleòpters són el grup més gran, amb més de 370.000 espècies catalogades.

S’estima que el 90% de les espècies encara no s’han descobert.

Principals Hipòtesis sobre l'Origen de la Vida (Abiogènesi)

Hipòtesi del Brou Primitiu

• Formulada per Oparin i Haldane (1920).
• Es basa en una atmosfera reductora i oceans amb molècules inorgàniques dissoltes.
• L’energia del medi (tempestes, activitat volcànica) va permetre formar molècules orgàniques simples, que es van acumular al "brou primitiu".
• Aquestes es van unir formant polímers complexos, portant a l'aparició de l'ATP i de l'ARN.
• L’experiment de Miller i Urey va donar suport inicial a la teoria, tot i que més endavant va ser desmentit.

Hipòtesi de les Fonts Hidrotermals

• Proposa que la vida es va originar en fonts hidrotermals a les dorsals oceàniques.
• Aquestes fonts emetien aigua calenta i matèria inorgànica amb gradients de protons (H⁺) que generaven energia.
• L’energia permetia sintetitzar matèria orgànica, donant lloc al primer ancestre comú (LUCA).
• Supera la del brou primitiu explicant millor l’origen de l’energia per a l’abiogènesi.

Hipòtesi de la Panspèrmia

• Proposa que les primeres molècules de matèria orgànica van arribar a la Terra per mitjà de cometes, meteorits i pols còsmica.
• Es fonamenta en la detecció de matèria orgànica en l’espai interestel·lar.
• No resol la pregunta de com es forma la vida, només indica d’on prové.

Dominis Procariotes: Archaea i Bacteria

Característiques Generals dels Procariotes

• Organismes unicel·lulars i de petita mida.
• Procariotes: No tenen nucli; l'ADN es troba al citoplasma (circular i de doble cadena).
• Únic orgànul: Ribosoma.
• Reproducció asexual per bipartició.

Diferències Clau

• Domini Archaea: Són arqueobacteris extremòfils. La paret cel·lular no conté mureïna i formen unions a partir d’enllaços èter.
• Domini Bacteria: Són eubacteris. La paret cel·lular conté mureïna i formen unions a partir d’enllaços èster.

Domini Eukarya: Característiques i Regnes

Característiques Generals dels Eucariotes

• Organismes eucariotes (tenen nucli i orgànuls membranosos).
• Inclou 4 regnes: Protoctists, Plantae, Fungi i Animalia.

Regne Protoctists

• Principalment unicel·lulars o en colònies; alguns pluricel·lulars simples (algues).
• Aquàtics o en medis humits.
• Desplaçament amb cilis, flagels o pseudopodis.
• Nutrició: autòtrofs, heteròtrofs o mixòtrofs.
• Reproducció: sexual i/o asexual.

Regne Plantae

• Organismes pluricel·lulars.
• Paret cel·lular de cel·lulosa.
• Nutrició: Fotosíntesi (clorofil·la); emmagatzemen midó.
• Cicle de vida diplohaploide (gametòfit i esporòfit).
• Viuen fixos al sòl.

Regne Fungi

• Organismes heteròtrofs (absorbeixen nutrients).
• Reserva energètica: glicogen i lípids.
• Paret cel·lular de quitina o cel·lulosa.
• Tipus de vida:
  • Paràsits (causen malalties).
  • Sapròfits (descomponen organismes morts).
  • Associacions simbiòtiques amb plantes (micorrizes) o algues (líquens).
• Reproducció: sexual i/o asexual (hi ha espècies que combinen els dos mètodes).

Regne Animalia

Els animals són el grup amb més varietat de formes i mides dins del domini Eukarya.

Característiques dels Animals

• Són organismes eucariotes pluricel·lulars.
• Tenen la capacitat de desplaçar-se, almenys en alguna etapa del seu cicle.
• La majoria tenen reproducció sexual.
• Tenen nutrició heteròtrofa.

Classificació Principal

Es poden dividir en invertebrats i vertebrats:

• Vertebrats: Peixos, aus, mamífers, àgnats, rèptils i amfibis.
• Invertebrats: Classificats segons la seva simetria:
  • Sense simetria (Ex: esponges de mar).
  • Simetria radial (Ex: estrelles de mar).
  • Simetria bilateral (Ex: cucs de terra).